Які бувають перенапруги і як з ними боротися.

By Немченко Лілія 6 years ago
Home  /  Articles  /  Які бувають перенапруги і як з ними боротися.

hit microsecond impulses into equipment” width=”506″ height=”238″ />

рис. 1 Попадание микросекундных импульсов в оборудование

Рассмотрим наиболее распространённые способы защиты от этих воздействий.

Во-первых, на объекте, особенно при наличии внешней молниезащиты, должна быть хорошая, грамотно сделанная система заземления. Она должна минимизировать занос тока молнии на ГЗШ и, соответственно, к оборудованию (рис. 2).

Во-вторых, в здании должна быть система уравнивания потенциалов, которая не позволяет возникать большой разности потенциалов между отдельными частями конструкции здания и оборудованием.

Кстати, эти мероприятия защищают не только оборудование, но и людей от поражения электрическим током.

В-третьих, грамотная прокладка и экранирование проводов и кабелей способны значительно уменьшить вредное воздействие МИП на оборудование. В качестве примера рассмотрим кирпичное здание, имеющее систему внешней молниезащиты или близкорасположенную молниеприёмную мачту (рис. 2). Внутри здания параллельно молниеотводу проложены неэкранированные провода длиной 10м (три этажа) и на расстоянии от молниеотвода 3м. Этот пучок проводов можно рассматривать как очень узкую и длинную рамку длиной L= 10м и шириной d= 5см. Тогда ЭДС, наведённая в рамке по закону Фарадея будет равна:

Vk(t)=-dФ(t)/dt=-µ˳µ   = 1047кВ

где µ˳=4π 10¯⁷ Гн/м, µ=1;

S (площадь рамки) =l*d=10*0,05=0,5м²,

di(t)/dt=10кА/мкс (Ipeak=100kA 10/350мкс);

R=3м (расстояние от молниеотвода).

Расчёт этот очень приблизительный, т.к. не учитывает некоторые параметры реального объекта, но представление об уровне импульсов даёт. Экранирование и прокладка проводов  в стальном закрытом коробе на бóльшем расстоянии от молниеотвода позволит снизить уровень этого импульса более чем на порядок. Арматура железобетонных конструкций также значительно ослабляет электромагнитные наводки.

Influence of overvoltage impulse on equipment in the building

рис. 2  Воздействие импульса перенапряжения на аппаратуру в здании

В-четвёртых, это применение устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

Первые три способа достаточно хорошо прописаны в руководящих документах, поэтому подробно останавливаться на них мы не будем. Что касается применения УЗИП, то при кажущейся простоте этих устройств, их применение содержит много тонкостей и нюансов, начиная с обоснования необходимости применения и кончая правилами монтажа. Поэтому остановимся подробнее именно на этой теме.

Итак, применять или не применять УЗИП?  Для ответа на этот вопрос имеются два подхода. Первый подход – формальный. Обязательность применения УЗИП прописаны в ПУЭ, ДСТУ Б В.2.5-382008, а также в некоторых ведомственных документах. Если ваш объект попадает под действие этих документов, то применять надо в соответствии с требованиями данных документов, если нет, то можно перейти ко второму, неформальному, подходу и продолжить анализ ситуации.

Так как УЗИП защищает в основном электронное оборудование, надо понять, есть ли вам что защищать. И здесь надо учитывать не только стоимость самого оборудования, но и возможные последствия выхода его из строя или даже просто сбоев в работе. Иногда выход из строя копеечного прибора приводит к остановке всего техпроцесса и многомиллионным потерям.

 Кстати, импульсные перенапряжения негативно влияют не только на электронную аппаратуру, но и на кабели системы электроснабжения. Так как импульс имеет очень высокую амплитуду напряжения, то в некоторых случаях не выдерживает изоляция кабеля и происходит пробой между проводами (например фазой и нейтралью) или между проводом и землёй. Импульс длится максимум сотни микросекунд, поэтому защитные автоматы не успевают реагировать на него (самые лучшие автоматы защиты имеют время срабатывания единицы миллисекунд). В результате пробоя возникает только местное повреждение изоляции, не приводящее к короткому замыканию. Линия электропитания продолжает работать, а в месте повреждения изоляции возникает небольшой ток утечки. Этот миллиамперный ток не фиксируется никакими автоматами защиты (если он идёт между фазами или между фазой и нейтралью), зато он начинает разогревать изоляцию кабеля. В результате такого разогрева ускоряется процесс старения изоляции, что приводит к уменьшению сопротивления в данном месте и ещё большему росту тока. Процесс этот может длиться месяцами и даже годами, и в конце концов мы имеем возгорание электропроводки. Именно поэтому руководящие документы настоятельно рекомендуют устанавливать ограничители перенапряжения (УЗИПы) при воздушном вводе в здание.

Далее надо попытаться понять, насколько велика вероятность попадания импульса на ваше оборудование, а также характер и величину этого импульса. Так, если объект расположен в городе и вокруг стоят более высокие дома, то вероятность попадания к вам серьёзного импульса перенапряжения достаточно мала. Если же объект стоит в чистом поле рядом с мачтой связи, то есть реальная возможность словить не только наведённый импульс, но и значительную часть тока молнии (Рисунок 1). А если вы ещё и питаетесь от воздушной линии, то вероятность такого исхода значительно увеличивается.

Существует стандарт МЭК 62305-2 по оценке рисков, связанных с молниезащитой. Национальные стандарты не содержат методики расчета или чётких рекомендаций о необходимости применения специализированных защитных устройств. Поэтому приходится проводить эту оценку экспертно, основываясь на результатах комплексной оценки электромагнитной обстановки объекта.

Итак, если в результате анализа потенциальных рисков Вы пришли к выводу, что выгоднее применить УЗИП, чем потом ликвидировать последствия экономии, то Вам предстоит выбор конкретных устройств защиты и размещение их на объекте. А для этого надо разобраться в свойствах и характеристиках УЗИП.

Комерческий директор ООО “ЭФ ЭР ТИ – ГРУП”

Евгений Кузьминский

hit microsecond impulses into equipment” width=”447″ height=”210″ />

мал. 1.  Попадання мікросекундних імпульсів в обладнання

Перша – це прямий вплив на апаратуру частини струму блискавки. Цей струм може потрапити в будівлю по різних лініях, що йде зовні будівлі, таким як лінії живлення змінного і постійного струму різної напруги, інформаційні лінії, коаксіальні кабелі, що йдуть від антен і т.д. Також частина струму блискавки може потрапити в будівлю через систему заземлення при ударі блискавки в систему зовнішнього блискавкозахисту або поруч з будівлею.

Друга – це електромагнітні наведення різної природи. І приходити ці наведені імпульси перенапруги можуть не тільки ззовні, але і генеруватися усередині будівлі.

Розглянемо найбільш поширені способи захисту від цих впливів.

По-перше, на об’єкті, особливо при наявності зовнішнього блискавкозахисту, повинна бути хороша, грамотно зроблена система заземлення. Вона повинна мінімізувати занос струму блискавки на ГЗШ і, відповідно, до обладнання (мал. 2).

По-друге, в будівлі повинна бути система зрівнювання потенціалів, яка не дозволяє виникати великій різниці потенціалів між окремими частинами конструкції будівлі і обладнанням.

До речі, ці заходи захищають не тільки обладнання, а й людей від ураження електричним струмом.

По-третє, грамотна прокладка і екранування проводів і кабелів здатні значно зменшити шкідливий вплив МІП на обладнання. Як приклад розглянемо цегляну будівлю, що має систему зовнішнього блискавкозахисту або близько розташовану блискавкоприймальну щоглу (Малюнок 2). Всередині будівлі паралельно блискавковідводу прокладені неекрановані дроти довжиною 10м (три поверхи) і на відстані від блискавковідводу 3м. Цю купу дротів можна розглядати як дуже вузьку і довгу рамку довжиною L = 10м і шириною d = 5 см. Тоді ЕРС, наведена в рамці за законом Фарадея буде дорівнює:

Vk(t)=-dФ(t)/dt=-µ˳µ S2πR di(t)dt = 1047кВ

де µ˳=4π 10¯⁷ Гн/м, µ=1;

S (площа рамки) =l*d=10*0,05=0,5м²;

di(t)dt =10кА/мкс (Ipeak=100kA 10/350мкс);

R=3 м (відстань від громовідводу).

Розрахунок цей дуже приблизний, тому що не враховує деякі параметри реального об’єкту, але уявлення про рівень імпульсів дає. Екранування і прокладка дротів в сталевому закритому коробі на більшій відстані від блискавковідводу дозволить знизити рівень цього імпульсу більш ніж на порядок. Арматура залізобетонних конструкцій також значно послаблює електромагнітні наводки.

Influence of overvoltage impulse on equipment in the building

мал. 2. Вплив імпульсу перенапруги на апаратуру в будівлі

По-четверте, це застосування пристроїв захисту від перенапруг (ПЗІП).

Перші три способи досить добре прописані в керівних документах, тому детально зупинятися на них ми не будемо. Що стосується застосування ПЗІП, то при уявній простоті цих пристроїв, їх застосування містить багато тонкощів і нюансів, починаючи з обґрунтування необхідності застосування і закінчуючи правилами монтажу. Тому зупинимося докладніше саме на цій темі.

Отже, застосовувати чи не застосовувати ПЗІП? Для відповіді на це питання є два підходи. Перший підхід – формальний. Обов’язковість застосування ПЗІП прописані в ПУЕ, ДСТУ Б В.2.5-382008, а також в деяких відомчих документах. Якщо ваш об’єкт потрапляє під дію цих документів, то застосовувати треба відповідно до вимог даних документів, якщо немає, то можна перейти до другого, неформального, підходу і продовжити аналіз ситуації.

Так як ПЗІП захищає в основному електронне обладнання, треба зрозуміти, чи є вам що захищати. І тут треба враховувати не тільки вартість самого обладнання, але і можливі наслідки виходу його з ладу або навіть просто збоїв в роботі. Іноді вихід з ладу копійчаного приладу призводить до зупинки всього техпроцесу і багатомільйонних втрат.

До речі, імпульсні перенапруги негативно впливають не тільки на електронну апаратуру, але і на кабелі системи електропостачання. Так як імпульс має дуже високу амплітуду напруги, то в деяких випадках не витримує ізоляція кабелю і відбувається пробій між дротами (наприклад фазою і нейтраллю) або між проводом і землею. Імпульс триває максимум сотні мікросекунд, тому захисні автомати не встигають реагувати на нього (найкращі автомати захисту мають час спрацювання одиниці мілісекунд).

В результаті пробою виникає тільки місцеве пошкодження ізоляції, що не приводить до короткого замикання. Лінія електроживлення продовжує працювати, а в місці пошкодження ізоляції виникає невеликий струм витоку. Цей мілліамперний струм не фіксується ніякими автоматами захисту (якщо він йде між фазами або між фазою і нейтраллю), зате він починає розігрівати ізоляцію кабелю. В результаті такого розігріву прискорюється процес старіння ізоляції, що призводить до зменшення опору в даному місці і ще більшого зростання струму.

Процес цей може тривати місяцями і навіть роками, і в результаті ми маємо загоряння електропроводки. Саме тому керівні документи наполегливо рекомендують встановлювати обмежувачі перенапруги (ПЗІП) при повітряному вводі в будинок.

Далі треба спробувати зрозуміти, наскільки велика ймовірність потрапляння імпульсу на ваше обладнання, а також характер і величину цього імпульсу.
Так, якщо об’єкт розташований в місті і навколо стоять більш високі будинки, то ймовірність попадання до вас серйозного імпульсу перенапруги досить мала. Якщо ж об’єкт знаходиться в чистому полі поруч з щоглою зв’язку, тобто реальна можливість зловити не тільки наведений імпульс, але і значну частину струму блискавки (Малюнок 1). А якщо ви ще й живитеся від повітряної лінії, то ймовірність такого результату значно збільшується.
Існує стандарт МЕК 62305-2 по оцінці ризиків, пов’язаних з захистом від блискавки. Національні стандарти не містять методики розрахунку або чітких рекомендацій про необхідність застосування спеціалізованих захисних пристроїв. Тому доводиться проводити цю оцінку експертно, грунтуючись на результатах комплексної оцінки електромагнітної ситуації об’єкта.
Отже, якщо в результаті аналізу потенційних ризиків Ви прийшли до висновку, що вигідніше застосувати ПЗІП, ніж потім ліквідовувати наслідки економії, то Вам доведеться робити вибір конкретних пристроїв захисту і розміщення їх на об’єкті. А для цього треба розібратися у властивостях і характеристиках ПЗІП.

Комерційний директор ТОВ “ЕФ ЕР ТІ – ГРУП”

Євген Кузьмінський

Category:
  Articles
this post was shared 0 times
 000
About

 Немченко Лілія

  (15 articles)